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如何选配合适的前级泵


前级泵是用于维持某一真空泵前级压强低于其临界前级压强的真空泵。如罗茨泵前配置的旋片或滑阀泵就是前级泵。
"前级泵"这个名词在真空机组中见的比较多,主要是帮助主泵罗茨真空泵启动,罗茨真空泵一般情况下不能在常压下启动,如果要启动电机功率相当大,而且对泵的运行有伤害。而且通过配用不同的前级泵可以运用到不同的环境。如配用水环式真空泵,就可以抽除含有大量可凝性蒸气和带有一定腐蚀性的气体(通过水稀释腐蚀性气体浓度)。目前常见的前级泵有:水环式真空泵、旋片式真空泵,立式无油真空泵、往复式真空泵、H、2H滑阀式真空泵等。通过选用不同的前级泵可以得到不同的真空度和抽气速率。

罗茨真空泵不能单独使用,必须配上前级泵组成机组,使用前级真空泵是为了降低罗茨真空泵的排出压力,由于罗茨真空泵的压缩比是有限的,所以选择前级真空泵的抽速是重要的,如右图表明,罗茨真空泵的最大压缩比是随排出压力而变化的,在高排出压力下,最大压缩比最多大3:1,而最高压缩比是在排出压力为1到10mbar之间(1 mbar=0.75Torr)可达50:1,甚至更高些。
因此,选择前级泵的抽速,要根据罗茨真空泵的长期工作压力范围考虑。
例如有一系统用罗茨真空泵机组抽气,要求在1 mbar入口压力时有600升/秒的抽速,并长期工作,问应选择多大抽速的前级泵。
先假定用30升/秒的前级泵时,压缩比K=600:30=20从上图查得K=20时最大排出压力为30 mbar。
由此得出,当选用30升/秒前级泵时,在入口压力低于1.5 mbar以下工作是可行的,但高于1.5 mbar入口压力工作时就选用大一些前级泵了。该例中,工作真空度1 mbar低于1.5 mbar,所以30升/秒的前级泵可以满足上述真空系统的抽气要求。
另外应当考虑的是,对预抽时间的要求问题,如果正常工作时间远比预抽时间长,可选较小的前级泵;假如真空室较大,而且要求很快预抽,就要用较大的前级泵,有时为了更好发挥设备的效率,机组装有较大的预抽泵,在正常工作后停掉它,而用较小的前级泵维持,这样做是为了节约功率。
对罗茨真空泵机组的极限压力的要求,也是选择前级泵的必须考虑的,对极限真空度要求较高(达1X10-3Pa~1X10-2Pa压力)一般选用双级旋片式油封机械泵或双级滑阀机械泵作为前级泵。极限真空度要求在(1X10-2Pa~1X10-1Pa)之间可选用单级油封机械泵作为前级泵,极限真空度要求在133~1333Pa之间可选用往复式真空泵或液环式真空泵作为前级泵。
当选用往复式或液环式粗真空泵作为罗茨真空泵的前级泵时,前级泵的抽速一般为罗茨真空泵的1/2-1/4,不能太大,否则将使压缩比过大,造成罗茨真空泵的排气温度高而不能正常工作。
选用前级泵时还必须考虑被抽气体中是否有腐蚀性介质,是否含有可凝性气体,是大量的还是微量的。如果含有腐蚀性气体,就不能选用油封机械泵,油封机械泵还不适宜抽除含有大量可凝性蒸汽的气体,否则将会使密封液很快乳化,抽除含有微量可凝性蒸汽的气体时,也必须采用带有气镇装置的油封机械泵作为前级泵。
为了获得在低入口压力(1~100pa)时的高的抽气速率,可用一台罗茨真空泵作为另一台罗茨真空泵的前级泵组成的三级或四级机组,此时罗茨真空泵之间的抽速比一般在2~5之间。
通常前级泵直接影响主泵的抽气性能,影响真空系统的抽气时间和经济效益。配前级泵时应遵循如下几点规定:

(1)前级泵应保证能及时排出主泵所排出的气体流量。

(2)前级泵在主泵(如扩散泵、油增压泵,分子泵和罗茨泵)出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强。

(3)兼作预抽泵的前级泵应满足预抽时间的要求。
所配前级泵确定之后,即可按前级泵的入口尺寸选择前级管道阀和预抽管道阀,确定备部分连接管道的尺寸。根据以上的确定,可绘制出真空系统设计图。

分子泵作为主泵时,其抽气能力与前级泵的抽气能力有密切关系。分子泵的前级侧需要保持分子流状态,它才能稳定工作。为了保证分子泵前级侧处于分子流状态,通常按式选取前级泵的抽速。

罗茨泵作为主泵时,由于罗茨泵的转子与转子、转子与定子之间的间隙较大,所以它对气体的压缩比较小,一般其前缀泵要大些。通常可用油封机械泵或水环泵作为罗茨泵的前级泵,前级泵的抽速可根据经验公式选取


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